JP2854718B2 - 電磁流量計 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、導電性流体の流量を測
定する電磁流量計に係り、特に単独での運転が可能であ
り、しかも外部の接続の状況によっては複数台で並列運
転を行なうことができるようにした電磁流量計に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】電磁流量計は、流体が流れる測定管、測
定管の内壁にとりつけられた電極、測定管に磁束を与え
る励磁コイルからなる検出器と、検出器の励磁コイルに
電流を流す励磁回路、電極からの起電力（磁束の強さと
測定管内を流れる流体の平均速度に比例）を増幅する増
幅器、増幅された信号を処理し出力する演算器からなる
変換器から構成される。

【０００３】一般に、電磁流量計検出器励磁コイルに
は、流体に交番の一定磁界を与えるために、方形波電流
を励磁回路５から流している。交番の磁界を加えるの
は、検出器電極に発生する電気化学的な作用による直流
的な分極電圧の影響を防ぐためである。また、切換時の
磁界の変化による電磁誘導ノイズの除去するために、電
極からの信号は磁界の安定するタイミングでサンプリン
グされ、処理後出力される。その動作を示す波形図を図
に示す。これを方形波励磁方式と言う。さて、このよう
な電磁流量計の故障率信頼性を考えてみる。

【０００４】検出器は、構成する部品も少なくフィール
ドでの故障率は、１００時間当たり０．００５％以下で
ある。一方、変換器は、信号処理回路や励磁回路に多く
の電子部品を使用しており、検出器の故障率の１０倍位
である。このような電磁流量計を極めて信頼性を高く要
求されるシステムに使用する場合には、変換器の信頼性
が問題となってくる。

【０００５】すなわち、方形波励磁方式の電磁流量計変
換器２台を１台の検出器に接続し、２重化運転して信頼
性を高めることは、交番の励磁電流の極性切換およびサ
ンプリングのタイミングが変換器内部で独立に作り出さ
れているので、そのままでは２台同時に出力することが
できない（一方が磁界の安定した時点で電極からの信号
をサンプリングできないから）。

【０００６】２台同一条件で運転して、その２台の出力
が異なった挙動を示せば何らかの異常が変換器に起った
ことが分かり、信頼性の高い運転が可能である（変換器
内部に診断機能を設け異常を出力することも可能である
がその方法で検知出来る異常状態は限定される）。その
ような場合においては、２台を同時に運転できないの
は、大きな問題である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
電磁流量計においては、複数台で並列運転を行なうこと
ができないという問題があった。

【０００８】本発明の目的は、単独での運転が可能であ
り、しかも外部の接続の状況によっては複数台で並列運
転を行なうことも可能な低コストでかつ極めて信頼性の
高い電磁流量計を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１の発明の電磁流量計は、測定対象となる
導電性流体が流れる測定管、測定管の内壁にその直径方
向に取り付けられ，導電性流体の起電力を検知する一対
の電極、測定管にその管軸方向に磁束を与える励磁コイ
ルからなる１台の検出器と、励磁信号により、励磁コイ
ルを交番の２値以上の定電流で駆動する励磁回路、励磁
信号により交番定電流で励磁コイルがつくる磁束が安定
した時点で各電極間の起電力をサンプリングし、それに
基づいて演算を行ない流量信号を出力する演算・出力回
路、演算・出力回路に対するサンプリング信号、および
励磁回路に対する励磁信号を発生させるタイミング発生
回路、タイミング発生回路に対してそれを動作させるた
めのクロック信号を発生する発振回路からなる複数台の
変換器とを備えて構成し、自己側の変換器のタイミング
発生回路の励磁信号を、互いに他の相手側の変換器へ与
えて、当該相手側の変換器のタイミング発生回路をその
励磁信号をもとにタイミングを発生させるようにしてい
る。

【００１０】また、請求項２の発明の電磁流量計は、上
記請求項１の発明の電磁流量計において、相手側の変換
器から与えられる信号が変化しなくなったことを検出す
ると、励磁電流の値を切換えるための信号を自己側の変
換器の発振回路からのクロック信号に切換える手段を、
少なくとも従側となる変換器に付加して成る。

【００１１】

【００１２】

【作用】従って、本発明の電磁流量計においては、自己
側の変換器のタイミング発生回路の励磁信号を、互いに
他の相手側の変換器へ与えて、当該相手側の変換器のタ
イミング発生回路をその励磁信号をもとにタイミングを
発生させることにより、単独での運転が可能であり、し
かも外部の接続の状況によっては複数台で並列運転を行
なうことが可能な電磁流量計を、極めて安価に実現する
ことできる。すなわち、一方の発振回路が故障しても、
他方の励磁信号により、励磁信号とサンプリング信号を
生成して測定を継続することができる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の一実施例について図面を参照
して詳細に説明する。

【００１４】図１は、本発明による電磁流量計の基本的
な構成例を示すブロック図である。すなわち、図１にお
いて、１台の検出器１に対し、２台の方形波励磁方式の
変換器６ａ，６ｂを接続して、変換器６ａ，６ｂの２重
化運転を行なえるようにしている。

【００１５】ここで、検出器１は、測定対象となる導電
性流体が流れる測定管２と、この測定管２の内壁にその
直径方向に取り付けられ、導電性流体の起電力を検知す
る一対の電極３ａ，３ｂと、測定管２にその管軸方向に
磁束を与える励磁コイル４とから構成されている。

【００１６】一方、２台の変換器６ａ，６ｂは、全く同
一の構成を有している。すなわち、励磁信号により、励
磁コイル４を交番の２値以上の定電流で駆動する励磁回
路８ａ，８ｂと、電極３ａ，３ｂ間の起電力を増幅する
前置増幅器７ａ，７ｂと、励磁信号により交番定電流が
励磁コイル４がつくる磁束の安定した時点で前置増幅器
７ａ，７ｂの出力をサンプリングし、それを基に演算を
行ない流量信号を出力する演算・出力回路９ａ，９ｂ
と、この演算・出力回路９ａ，９ｂに必要なサンプリン
グ信号、および励磁電流の極性切換タイミングを発生さ
せるタイミング発生回路１１ａ，１１ｂと、このタイミ
ング発生回路１１ａ，１１ｂに対してそれを動作させる
クロック信号を発生する発振回路１０ａ，１０ｂと、タ
イミング発生回路１１ａ，１１ｂの動作を、外部の励磁
信号に同期させるか、発振回路１０ａ，１０ｂのクロッ
クに基づいて動作させるかを選択するセレクタ回路１２
ａ，１２ｂとから構成されている。さらに、２台の変換
器６ａ，６ｂの励磁回路８ａ，８ｂは、スイッチ５（双
極双投）を介して励磁コイル４に接続されている。図２
は、上記発振回路１０ａ，１０ｂ、タイミング発生回路
１１ａ，１１ｂ、セレクタ回路１２ａ，１２ｂの具体的
な構成例を示すブロック図である。

【００１７】図２において、発振回路１０ａ，１０ｂ
は、水晶発振子などを使った励磁信号の周期よりも十分
短い周期を持った高周波の発振が可能なものである。こ
の高周波数が必要な理由は後述するが、発振回路１０
ａ，１０ｂについては一般的な回路であるので、ここで
はその詳細な説明を省略する。

【００１８】また、タイミング発生回路１１ａ，１１ｂ
は、カウンタ１４，１５、波形整形回路１８、ＮＯＲゲ
ート１６，１９，２０から構成される。さらに、セレク
タ回路１２ａ，１２ｂは、入力の周波数を１／２にする
分周回路１７、Ｄ形フリップフロップ２４，２５、ＲＳ
フリップフロップ２６、ＮＯＲゲート２３、スイッチ２
１，２５から構成される。

【００１９】パワーオンリセット回路は、電源投入時所
定の時間、カウンタなどの内部のフリップフロップをリ
セットして正しく動作を始められるように準備するもの
であり、通常動作には影響しない。電源投入時、所定時
間ハイレベルになり、カウンタをクリア後、ローレベル
となる。ここで、まずタイミング発生回路ａ，１１ｂの
動作について説明する（図３参照）。

【００２０】図３において、発振回路１０ａ，１０ｂの
出力は、カウンタ１４、カウンタ１５にそれぞれ入力さ
れる。カウンタ１４は、入力を分周して励磁信号を発生
する。スイッチ２１，２２のどちらが閉となっていて
も、同じ波形が波形整形回路１８には入力される。ま
た、波形整形回路１８は、励磁信号が変化した後、励磁
周期と比較して極めて短い期間ハイレベルとなる波形を
出力する。波形整形回路１８の出力は、カウンタ１５の
クリア信号入力にＯＲゲート１６を介してつながってい
るので、カウンタ１５は励磁信号の変化があったとき
（ハイレベルからロウレベル、またはローレベルからハ
イレベルの変化）にクリアされる。カウンタ１５は、励
磁信号が変化してから発振回路１０ａ，１０ｂのクロッ
クを入力カウントして、一定時間経過後にその出力をハ
イレベルとする。２入力のＮＯＲゲート１９，２０は、
一つの入力が互い出力に接続されてフリップフロップを
構成している。ＮＯＲゲート１９の一つの入力は、波形
整形回路１８の出力側に接続され、ＮＯＲゲート２０の
一つの入力は、カウンタ１５の出力に接続されている。
このフリップフロップの出力（ＮＯＲゲートの出力）
は、図３に示すように、カウンタ１５の出力でハイレベ
ルにセットされ、波形整形回路１８でリセットされる。
これは、波形整形回路１８に入力される励磁信号に同期
したサンプリング信号となっている。

【００２１】サンプリング信号が、ハイレベル（アクテ
ィブ）になっている時間は、励磁信号の半周期からカウ
ンタ１５で設定される時間を差し引いたものになるが、
タイミングによっては発振回路１０ａ，１０ｂのクロッ
クの１周期分はばらつくことがある。従って、サンプリ
ング信号がアクティブになっている時間が演算精度に関
係する場合は、発振回路１０ａ，１０ｂのクロック信号
出力の１周期は、無視できるような高周波数にする必要
がある。次に、セレクタ回路ａ，１２ｂの動作について
説明する（図４参照）。

【００２２】図４において、スイッチ２１，２２は、Ｒ
Ｓフリップフロップ２６の出力で開閉し、ＲＳフリップ
フロップ２６の出力がハイレベルのとき（セットされて
いれば）、外部からの励磁信号がローの時に内部の励磁
信号が波形整形回路１８に加わる。この構成では、従信
号を受けるとは、切換端子にハイレベルのパルス信号を
受けることであり、主信号を受けるとは、ローレベルに
保持されることである。また、Ｄフリップフロップ２４
は、Ｄ入力がハイレベルに接続されていて、クロック信
号入力には、内部励磁信号を分周回路１７で分周したも
のが入力されており、またクリア信号入力は、波形整形
回路１８の出力がＯＲゲート２３を介して入力されてい
る。また、Ｄフリップフロップ２５のＤ入力は、Ｄフリ
ップフロップ２４のＱ出力に接続され、Ｑ出力がＲＳフ
リップフロップ２６のリセット入力に接続され、クロッ
ク信号入力、クリア信号入力はＤフリップフロップ２４
と同じように接続されている。

【００２３】Ｄ形フリップフロップ２４，２５のＱ出力
は、外部より励磁信号が入力されている限り、ハイレベ
ルになることはないが、外部からの励磁信号が来なくな
ると、来なくなってから分周回路１７の出力がハイレベ
ルになる２回目のタイミングでハイレベルとなり、ＲＳ
フリップフロップ２６をリセット、スイッチ２２を開、
スイッチ２１を閉とする。これにより、自動的に励磁信
号を内部のもの（発振回路１０からのクロック信号）に
切換え、電磁流量計として正常に動作し続けることがで
きる。

【００２４】以上により、主／従切換端子をローレベル
に保持することにより、全く従来の変換器と同様な動作
をさせることができるし、同端子にハイレベルパルスを
注入することにより、外部励磁信号に同期して動作させ
ることが可能である。次に、以上のように構成した本実
施例の電磁流量計の作用について、図５を用いて説明す
る。

【００２５】セレクタ回路１２ａ，１２ｂは、１つの外
部入力端子をもっている（その入力信号を主従切換信号
と称する）。外部から、変換器６ａに主信号、他方に従
信号が入るようにする。主信号が入ったセレクタ回路１
２ａは、タイミング発生回路１１ａの動作を発振回路１
０ａのクロックで動作させるようにする。その動作は、
図５で示されるようになる。また、タイミング発生回路
１１ａの励磁信号は外部端子に接続されていて、ここで
は変換器６ｂへの出力となっている。従信号が入った変
換器６ｂのセレクタ回路１２ｂは、タイミング発生回路
１１ｂをその励磁信号をもとにタイミングを発生させる
ようにする。

【００２６】このようにすることにより、どちらの変換
器のタイミングも同じとなり、スイッチ５を介してどち
らの励磁回路８ａまたは８ｂが励磁コイル４に接続され
ようとも、検出器１の電極３ａ，３ｂからの起電力の波
形は同一となり、またサンプリング演算のタイミングも
各変換器６ａ，６ｂで同一となるから、２つの流量信号
出力は一致する。

【００２７】そして、このように一致した流量信号出力
を得ることで、極めて高い信頼度で流量を測定すること
ができる。なぜならば、変換器６ａ，６ｂ内の電子部品
が、測定精度に影響を与えるような変動を起こした場
合、２つの変換器６ａ，６ｂ内で同一部品が同程度かつ
同時期に同じ変動を起こすということは考えられないの
で、２つの変換器６ａ，６ｂの流量信号出力に差が発生
するから、それを検知し修理すればよい。

【００２８】一方、主信号を受けている変換器のタイミ
ング回路１１が故障したような場合には、従信号を受け
ているセレクタ回路１２が外部の励磁信号が来ないこと
を検知して、内部の発振回路１０からのクロック信号に
基づくタイミング発生に切換えることにより、さらに必
要ならばスイッチ５を切換えることにより、従信号を受
けている変換器は正常に流量信号を出力することができ
る。

【００２９】また、故障の診断についても、主従信号の
切換えあるいはスイッチ５の切換えにより、簡単に行な
うことができる。例えば、両方の変換器６ａ，６ｂの出
力が出なくなったような場合には、スイッチ５の切換え
により正常に復帰したとすれば、それは故障前に接続さ
れていた励磁回路の異常であったことが分かる。

【００３０】上述したように、本実施例の電磁流量計
は、測定対象となる導電性流体が流れる測定管２、この
測定管２の内壁にその直径方向に取り付けられ、導電性
流体の起電力を検知する一対の電極３ａ，３ｂ、測定管
２にその管軸方向に磁束を与える励磁コイル４からなる
検出器１と、２台の変換器６ａ，６ｂは、励磁信号によ
り、励磁コイル４を交番の２値以上の定電流で駆動する
励磁回路８ａ，８ｂ、電極３ａ，３ｂ間の起電力を増幅
する前置増幅器７ａ，７ｂ、励磁信号により交番定電流
が励磁コイル４がつくる磁束の安定した時点で前置増幅
器７ａ，７ｂの出力をサンプリングし、それを基に演算
を行ない流量信号を出力する演算・出力回路９ａ，９
ｂ、この演算・出力回路９ａ，９ｂに必要なサンプリン
グ信号、および励磁電流の極性切換タイミングを発生さ
せるタイミング発生回路１１ａ，１１ｂ、このタイミン
グ発生回路１１ａ，１１ｂに対してそれを動作させるク
ロック信号を発生する発振回路１０ａ，１０ｂ、タイミ
ング発生回路１１ａ，１１ｂの動作を、外部の励磁信号
に同期させるか、発振回路１０ａ，１０ｂのクロックに
基づいて動作させるかを選択するセレクタ回路１２ａ，
１２ｂからなり、その励磁回路８ａ，８ｂがスイッチ５
を介して励磁コイル４に接続された２台の変換器６ａ，
６ｂとから構成するようにしたものである。

【００３１】従って、従来の変換器と動作は同じで、す
なわち単独でも運転可能であり、かつ、外部の接続の状
況によっては、２台で並列運転を行なうことが可能な電
磁流量計を、極めて安価に実現することができる。すな
わち、一般で用いられる標準の変換器を余り変更なくて
２重化できれば、製造者としては、部品や製造・試験の
方法に手慣れた普段使っているものを用いることがで
き、低コストで高信頼の装置を製作することができるか
らである。尚、本発明は上述した実施例に限定されるも
のではなく、次のようにしても同様に実施できるもので
ある。

【００３２】上記実施例においては、外部の励磁信号を
カウンタ１４の出力で行なった場合について説明した
が、何らこれに限らず励磁回路８の出力で行なうように
してもよい。これにより、外部接続用の端子が少なくて
済むという利点が得られるものである。

【００３３】また、サンプリング信号のハイレベルの時
間が、励磁信号の半周期の１／２以下であるならば、Ｎ
ＯＲゲート１９，２０は不要であり、カウンタ１５の出
力をそのままサンプリング信号として用いることができ
る。すなわち、このような場合では、波形整形回路１８
のパルス信号が来る前にカウンタ１５の出力がローレベ
ルに下がることがないからである。

【００３４】さらに、上記実施例の構成を、マイクロコ
ンピュータで実現するようにしてもよいことは言うまで
もない。これは、カウンタとマイクロコンピュータの割
り込み機能を利用すれば、比較的容易に実現することが
できる。この場合には、カウンタ・タイマを内蔵したワ
ンチップマイコンが安価に入手できるので、製造者のメ
リットが極めて大きい。

【００３５】一方、上記実施例においては、１台の検出
器に対して、２台の方形波励磁方式の変換器を接続した
場合について説明したが、これに限らず１台の検出器に
対して、３台以上の複数台の方形波励磁方式の変換器を
接続した場合についても、本発明を同様に適用できるも
のである。

【００３６】また、上記実施例においては、自己側の変
換器のタイミング発生回路の励磁信号を相手側の変換器
へ与えて、相手側の変換器のタイミング発生回路をその
励磁信号をもとにタイミングを発生させるようにした場
合について説明したが、これに限らず変換器に対して、
励磁電流の値を切換えるための信号を独立した外部の手
段から与えるようにしても、本発明を同様に適用して同
様の効果を得ることができるものである。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、自
己側の変換器のタイミング発生回路の励磁信号を、互い
に他の相手側の変換器へ与えて、当該相手側の変換器の
タイミング発生回路をその励磁信号をもとにタイミング
を発生させるようにしているので、単独での運転が可能
であり、しかも外部の接続の状況によっては複数台で並
列運転を行なうことも可能な低コストでかつ極めて信頼
性の高い電磁流量計が提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による電磁流量計の一実施例を示すブロ
ック図。

【図２】同実施例における発振回路、タイミング発生回
路、セレクタ回路の具体的な構成例を示すブロック図。

【図３】図２におけるタイミング発生回路の作用を説明
するための波形図。

【図４】図２におけるセレクタ回路の作用を説明するた
めの波形図。

【図５】同実施例における電磁流量計の作用を説明する
ための波形図。

【符号の説明】

１…検出器、２…測定管、３ａ，３ｂ…電極、４…励磁
コイル、６ａ，６ｂ…変換器、７ａ，７ｂ…前置増幅
器、８ａ，８ｂ…励磁回路、９ａ，９ｂ…演算・出力回
路、１０ａ，１０ｂ…発振回路、１１ａ，１１ｂ…タイ
ミング発生回路、１２ａ，１２ｂ…セレクタ回路、１４
…カウンタ、１５…カウンタ、１６…ＯＲゲート、１７
…分周回路、１８…波形整形回路、１９，２０…ＮＯＲ
ゲート、２１，２２…スイッチ、２３…ＯＲゲート、２
４，２５…Ｄフリップフロップ、２６…ＲＳフリップフ
ロップ。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 測定対象となる導電性流体が流れる測定
   管、前記測定管の内壁にその直径方向に取り付けられ，
   前記導電性流体の起電力を検知する一対の電極、前記測
   定管にその管軸方向に磁束を与える励磁コイルからなる
   １台の検出器と、 励磁信号により、前記励磁コイルを交番の２値以上の定
   電流で駆動する励磁回路、前記励磁信号により交番定電
   流で前記励磁コイルがつくる磁束が安定した時点で前記
   各電極間の起電力をサンプリングし、それに基づいて演
   算を行ない流量信号を出力する演算・出力回路、前記演
   算・出力回路に対するサンプリング信号、および前記励
   磁回路に対する励磁信号を発生させるタイミング発生回
   路、前記タイミング発生回路に対してそれを動作させる
   ためのクロック信号を発生する発振回路からなる複数台
   の変換器とを備えて成り、 自己側の変換器のタイミング発生回路の励磁信号を、互
   いに他の相手側の変換器へ与えて、当該相手側の変換器
   のタイミング発生回路をその励磁信号をもとにタイミン
   グを発生させるようにしたことを特徴とする電磁流量
   計。
2. 【請求項２】 前記請求項１に記載の電磁流量計におい
   て、 前記相手側の変換器から与えられる信号が変化しなくな
   ったことを検出すると、励磁電流の値を切換えるための
   信号を自己側の変換器の発振回路からのクロック信号に
   切換える手段を、少なくとも従側となる変換器に付加し
   て成ることを特徴とする電磁流量計。